Le BOWLING - Comprendre pour Mieux Jouer (04-01)

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30-mars-2013 11:21

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QUATRIEME PARTIE - La Science du jeu :
 

 

Pour aller un peu plus loin dans l'exploration et la compréhension du monde.

 

Le bowling est, comme le billard, un jeu qui exploite directement les lois de la physique.

Cette science naturelle, que nous avons étudiée il y a si longtemps, pour certains, est certainement une source de connaissances à revisiter, car nul doute que plus nous en savons sur le sujet, plus notre cerveau aura de points de repère.

 

Cette redécouverte des phénomènes en présence poursuit un double but.

D'une part, nous permettre d'éviter de proférer des âneries au cours de nos discussions et d'autre part, nous donner une perception intuitive des mouvements et positions à développer.

 

L'idée que soutient cet exposé est que la connaissance pourra être utilisée en pratique sans que nous ayons à intervenir et que plus cette connaissance de la mécanique, la physiologie etc. seront autant de repères que notre système réflexe sera en mesure d'exploiter.  

 

LA MECANIQUE

E = mc² ne s'applique pas ici, ou si peu … mais alors ?

 

Alors, les réfractaires à la science, avancent d'une case, car il va falloir, maintenant, que l'on cause de choses sérieuses.

 

On peut jouer au bowling sans connaître la mécanique des solides, on peut même être un champion.

On peut faire Paris - New York en avion deux fois par semaine sans rien connaître de la physique des fluides, mais il y a peu de chances que l'on arrive un jour aux commandes du Jet !

On peut rouler en voiture sans jamais avoir entendu parler de Sadi Carnot, de Otto Beau de Rochas, de Rudolph Diesel, mais il y a peu de chances, alors, que l'on pilote un jour une Formule 1 !

 

Ainsi, libre à chacun de sauter le pas et passer à la suite, mais il y a ici une chance de comprendre le pourquoi, pour ceux que cela tente !

C'est aussi avec l'espoir de ne plus entendre blâmer les pistes, les boules et les quilles que ce qui suit a été écrit.

 

Dans les pages qui suivent, nous allons tenter d'étudier le comportement théorique de la boule.

Nous chercherons à mettre en évidence les caractéristiques des éléments qui interviennent sur le plan physique.

Cela nous permettra d'éclairer sous un jour rigoureux les mouvements et leurs perturbations et en tirer les enseignements de base pour comprendre et interpréter les manqués et ratés dont nous sommes aujourd'hui simplement victimes.

 

Avec ce bagage en main, nous pourrons donc aborder les inconvénients auxquels nous devons parfois faire face avec plus de sérénité et avec plus de moyens de les contrôler ou du moins pour tenter de les influencer.

 

LA BOULE EN TERMES DE CORPS EN MOUVEMENT

La physique du mouvement s'appelle la cinétique.

Les lois principales qui la régissent sont les lois du mouvement.

Ah bon ?!

 

Les entités à considérer sont donc:

 

La masse

C'est la caractéristique inertielle du corps, la masse est une propriété liée à la quantité de matière et à la structure de cette matière.

On a tendance à confondre masse et poids, car il y a une relation directe entre ces deux valeurs.

Dans le langage courant, ces deux notions sont souvent utilisées de manière équivalente. Ceci n'a pas tellement d'incidence en définitive sur les concepts évoqués localement.

 

La position

C'est, par rapport à un repère, le vecteur qui détermine la localisation d'un corps dans l'espace.

 

La vitesse

C'est une grandeur vectorielle qui définit la variation constante de la position d'un corps.

 

L'accélération

C'est une grandeur vectorielle qui définit la variation constante de la vitesse d'un corps.

 

Ces variations dont nous venons de parler (vitesse et accélération) font intervenir la notion de force :

 

 
La vitesse

Variation constante du vecteur de position en l'absence de force.

Mouvement RECTILIGNE UNIFORME (Pas de force)

v = e / t

La vitesse = l'espace parcouru par unité de temps.

 

L'accélération

Variation constante de la vitesse en présence d'une force.

Mouvement UNIFORMEMENT VARIABLE (Force)

a = f / m

L'accélération = la force appliquée par unité de masse

(on écrit normalement g gamma)

 

A ce stade, nous pouvons revenir sur cette confusion fréquente entre masse et poids.

Nous venons de voir qu'une masse, c'est une quantité de matière.

Le poids, c'est une force. Le poids, c'est la force que développe une masse soumise à une accélération (gravitation terrestre).

Sur la terre, l'accélération qui est responsable du poids est produite par le champs de pesanteur, qui résulte de l'attraction de la terre sur les objets proches (forces gravitationnelles - Newtonniennes).

Donc le poids d'une masse dépend de la pesanteur et pour une masse donnée, le poids variera en fonction de la pesanteur. Notre boule, de masse constante, ne pèse pas le même poids à l'équateur et aux pôles, dans la vallée et sur le sommet de l'Everest, … et que dire sur la lune …

 

C'est le poids qui est la force qui va engendrer ou contrarier le mouvement de la masse et ainsi modifier sa vitesse.

Sur la balance à fléau, les deux plateaux sont soumis à la même force de pesanteur, c'est donc bien des masses que l'on mesure, puisque cette force n'a pas d'influence. L'équilibre de la balance sera le même partout, même sur la lune. Il en va tout autrement si on utilise une balance de torsion (ressort), qui elle mesure bien une force (dynamomètre).

 

LE MOUVEMENT

Première loi de la mécanique du mouvement :

En situation d'équilibre de forces (force résultante de la combinaison des forces étant nulle) un corps ne modifie pas sa situation de mouvement ou de repos (Principe d'inertie).

 

Cela signifie que si les forces de frottement sont supprimées, un objet qui est en mouvement le reste jusqu'à la fin des temps sans variation de vitesse (la caractéristique vectorielle de la vitesse implique la direction et le sens), donc sur une trajectoire immuable.

 

Donc

Une force, c'est ce qui modifie la vitesse d'un corps en mouvement (ou au repos) en produisant une accélération ou une décélération.

 

Pour les érudits

La vitesse est la dérivée temporelle de la position           v = dx / dt        ou      v = x(t) ou       v = x'

C'est le coefficient angulaire de l'équation de droite         Xt=vt+X0

 

L'accélération est la dérivée temporelle de la vitesse       a = dv / dt        ou      a = v(t) ou       a = v'

C'est donc la dérivée seconde de la position                   a = x"

LE TRAVAIL

Au risque d'en choquer quelques uns, nous dirons que le travail, c'est tout simplement une force qui se déplace (ou plutôt qui déplace son point d'application) sur une certaine distance.

Ce n'est rien d'autre. Un travail ne produit rien, ce n'est qu'un déplacement de force.

 

La force qui pousse la boule jusque dans le Pit, effectue un travail.

Si la boule se déplace à vitesse constante, il y a bien un travail, même si les forces sont globalement nulles. Ce n'est donc pas la force qui est la cause du travail, elle en est l'objet, c'est sans doute une force qui a provoqué le mouvement, mais ce n'est pas elle qui cause du travail.

La chute des quilles, ce n'est pas du travail que la boule effectue, c'est tout au plus la conséquence du transfert d'énergie, de quantité de mouvement, venant de la boule, qui provoque la mise en mouvement des quilles.

 

Le déplacement des quilles, c'est du travail, mais c'est la force transmise qui en est responsable, et non la boule elle-même.

Donc la boule est un vecteur d'énergie qui par un travail est en mesure de communiquer une partie de cette énergie, sous forme de quantité de mouvement aux quilles, pour qu'elles soient en mesure d'effectuer aussi un travail, celui d'aller se faire voir au fonds du puits.

 

L'ENERGIE

L'aptitude pour une force d'effectuer un travail, c'est l'énergie.

L'énergie est donc à considérer comme un travail en devenir, comme un travail potentiel.

 

La hauteur de la boule dans le balancier correspond à une énergie qui sera transformée en travail lorsque la boule sera en mouvement.

C'est d'abord de l'énergie potentielle, puis de l'énergie cinétique et enfin du travail.

Mais nous reviendrons sur ce point de la préparation plus loin.

 

Il y a donc plusieurs formes d'énergie.

 

L'énergie potentielle, c'est l'énergie accumulée par une masse du fait de la hauteur à laquelle elle se trouve.

 

Ep = mgh      c'est le produit du poids par la hauteur.

   (mg c'est une force puisque c'est le produit d'une masse par une accélération)

L'accélération g due à l'attraction de la pesanteur terrestre.

Cette force, sur la terre, c'est le poids.

 

Les plus subtils auront déjà remarqué que mgh c'est une force multipliée par une distance, donc c'est une force qui pourrait, si on la libère, se déplacer sur cette distance.

Nous avons défini cela comme un travail, non ? Oui, mais comme pour l'instant, la force est immobile, elle se contente d'être une possibilité de travail. L'énergie, c'est donc bien un travail en réserve.

 

L'énergie cinétique, c'est l'énergie qui est accumulée par une masse en mouvement, c'est la possibilité qu'il reste à la masse pour continuer à se déplacer.

 

Souvenons nous que ce n'est pas la force qui produit le déplacement ! du moins pas directement.

Le mouvement est présent de par l'inertie de la masse et ce, en l'absence de force.

La force produit une variation de la vitesse de ce déplacement, la force accélère ou ralentit la masse, elle ne la fait pas avancer.

 

Ec = 1/2 mv²  C'est le produit de la masse par la moitié du carré de la vitesse.

                      Au repos, la vitesse est nulle et la masse n'a pas d'énergie cinétique.

 

Pour ceux qui doutent :

Vitesse, c'est distance sur temps : v = L / T.

Vitesse carré, c'est (distance fois distance) sur (temps fois temps) : v² = LL / TT

Or vitesse sur temps fois temps, c'est l'accélération a = v / T².

 

Donc Ec c'est masse fois accélération fois distance : Ec = M LL / TT = M L a  ou M a L.

 

Masse fois accélération, c'est bien force, donc Ec c'est force fois distance.

Euh … Force x Distance = Travail ? Eh oui ! mais en réserve.

 

Une force communiquerait une accélération à cette masse et lui ferait emmagasiner de l'énergie cinétique.

Une force qui ralentirait cette masse lui ferait perdre de l'énergie cinétique.

 

En somme, une force qui déplace son point d'application effectue un travail et ce travail génère ou consomme de l'énergie.

 

C'est pas beau la physique ? (en réalité, le niveau d'énergie dépend beaucoup de la vitesse à laquelle tout cela se passe et lorsqu'un mobile se déplace en partant d'un point où il est au repos pour arriver à un autre point où il sera également au repos, son énergie cinétique augmente durant l'accélération initiale puis diminue durant la décélération finale)

En d'autres termes, une force produit l'énergie, une autre l'absorbe et à vitesse constante, énergie constante (et force nulle).

LA QUANTITE DE MOUVEMENT

Attention, réveillez-vous, car ça redevient très important.

La quantité de mouvement, c'est une autre propriété des corps en mouvement, comme son nom l'indique.

 

p = mv           La quantité de mouvement, c'est le produit de la masse par la vitesse : p = M v = M L / T.

                     Si l'énergie se transforme en chaleur, la quantité de mouvement, elle, se conserve.

 

N'allez pas imaginer que se conserve signifie se met en boite, non, se conserve, ça veut dire se garde ou se partage, ça veut dire ne se crée ni ne se perd (dans un système délimité, bien sûr !!).

Sur le billard, lorsqu'un bille rencontre une autre bille, la première donne une partie de sa quantité de mouvement à la seconde ou vice et versa.

 

Lors d'un choc, la quantité de mouvement reste constante. Si les deux billes ont même masse, la somme de leurs vitesses est identique, après le choc, à ce qu'elle était avant ledit choc.

Si l'une roulait à 1 m/s et l'autre était immobile, elles peuvent maintenant rouler toutes les deux à 0.5 m/s ou bien la première s'est arrêtée et la seconde à acquis la vitesse de 1 m/s

 

Mais, si la quantité de mouvement de la première bille est très importante, et que l'inertie (la masse) de la seconde bille est très grande par rapport à la première, il se peut que la deuxième bille reste sur place et que la première garde sa vitesse inchangée (elle partira dans l'autre sens ou bien se cassera en morceaux dont la quantité de mouvement totale sera égale à celle de la bille avant le choc)

 

Tout cela pour dire que si les quilles se dispersent sur le passage de la boule, c'est parce qu'elles acquièrent une partie de la quantité de mouvement de la boule.

Et chaque quille est en mesure alors de communique une partie de cette quantité de mouvement à d'autres quilles.

 

Et comme les quilles, dès qu'elles acquièrent une petite quantité de mouvement sont vite en déséquilibre, elles tombent.

Le fait de tomber, met en œuvre la force contenue dans le poids de la quille.

Cette force communique une accélération à la quille, qui est alors capable de transférer une partie de sa quantité de mouvement à sa voisine.

C'est le principe de la chute des dominos, la force qui provoque l'accélération du domino n° 2, c'est le poids du n° 1 et ainsi de suite, il y a propagation de la quantité de mouvement si les dominos ont tous la même masse (partant le même poids).

MAIS SI CA TOURNE, EST-CE LA MEME CHOSE ?

Ce serait trop beau ! mais tellement ennuyeux si c'était le cas.

 

Et en plus, qu'entendez-vous par TOURNER ?

Tourner, c'est un de ces verbes comme il y en a plusieurs en français, qui a une signification et deux nuances qui se traduisent différemment en anglais.

 

·    TO TURN   Tourner, c'est changer de direction autour d'un point de rotation, le centre du rayon de la courbe.

      La terre tourne autour du soleil.

·    TO SPIN    Tourner, c'est aussi accomplir des révolutions autour d'un axe sécant.

      La terre tourne sur elle-même autour de son axe nord/sud.

 

La roue tourne ou la voiture tourne sont deux notions sensiblement différentes.

La roue avant tourne (change de sens) pendant qu'elle tourne (autour de son axe).

 

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